專利名稱：鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)薄膜及其制備方法，尤其是鉬基氮化物 復(fù)合硬質(zhì)薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對材料的性能提出了越來越高的要求， 利用硬質(zhì)薄膜進(jìn)行材料防護(hù)是提高材料性能的一種經(jīng)濟適用的途徑。例如， 在高速鋼或硬質(zhì)合金制造的切削刀具和模具等部件上沉積單層、多層或復(fù)合 的硬質(zhì)薄膜，對于改善其耐磨性和提高耐用度的效果十分顯著。目前，常見的涂層大致可以分為三種， 一為鈦基硬質(zhì)薄膜涂層，包括氮化鈦(TiN)、碳 化鈦(TiC)、鈦的碳氮化合物(TiCN)、鈦鋁氮化物(TiAlN)等；它們已經(jīng) 在工具、模具、裝飾等行業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用，但仍然不能滿足許多難 以加工的材料，如高鋁硅合金、各種有色金屬及其合金、工程塑料、非金屬 材料、陶瓷復(fù)合材料等的使用要求。二為金剛石薄膜，因其極高的硬度、彈 性模量和極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，從20世紀(jì)80年代開始，它就一直受到世界各 國的廣泛重視；用化學(xué)氣相沉積法制備金剛石薄膜的工藝已相對成熟，但是 該薄膜在制備時對設(shè)備的要求卻非常的苛刻，致使制造的成本昂貴，而且存 在著與硬質(zhì)合金的結(jié)合力很差這一技術(shù)難題。三為類金剛石薄膜，它有很多 類似與金剛石的性質(zhì)，像較高的硬度、低的摩擦系數(shù)等；可是該薄膜在沉積 過程中由于有很大的內(nèi)應(yīng)力而使膜厚受到限制，而且在應(yīng)用過程中熱穩(wěn)定性 差、容易石墨化。多晶氮化鉬(MoNx)薄膜是近年來發(fā)展起來的一種使用化學(xué)氣相沉積法 (CVD)制備的新型薄膜，該薄膜具有良好的高熔點、高電導(dǎo)率、高的比表面積、 好的化學(xué)穩(wěn)定性。它已被廣泛地應(yīng)用于微電子、半導(dǎo)體、機械加工以及催化 等領(lǐng)域。然而，MoNx薄膜及其制備方法也存在著不足之處，首先，薄膜的硬 度、抗氧化溫度較低，摩擦系數(shù)偏高，其中，硬度僅為18 19GPa，抗氧化 溫度低于350°C，摩擦系數(shù)高于0.4,以致于其應(yīng)用范圍在一定程度上受到了 較大的限制；其次，制備方法雖有著較高的沉積速率的優(yōu)點，卻也有著難以 克服的缺陷， 一是工藝處理溫度要求高，易造成材料抗彎強度下降，二是薄膜內(nèi)部呈拉應(yīng)力的狀態(tài)，易導(dǎo)致工具使用時產(chǎn)生微裂紋，三是工藝排放的廢 氣和廢液會造成較大的環(huán)境污染，與目前大力提倡的綠色制造理念相抵觸。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提 供一種有著較高的硬度和抗氧化溫度，以及低摩擦系數(shù)的鉬基氮化物復(fù)合硬 質(zhì)薄膜。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題為提供一種低溫、環(huán)保型的鉬基氮化物 復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法。為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所釆用的技術(shù)方案為鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì) 薄膜包括基底，特別是所說基底上覆有鉬基金屬氮化物或鉬基非金屬氮化物 構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，所說納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜的晶粒尺度為5~40nm、 膜的厚度為l~5um，薄膜中鉬元素與置換元素間的摩爾百分比為50~94%: 6 ~ 50%。作為鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的鉬基金屬氮化物為 鉬鋁氮化物或鉬鈦氮化物或鉬鎢氮化物；所述的鉬基非金屬氮化物為鉬硅氮 化物或鉬碳氮化物；所述的基底為金屬基底或陶瓷基底或半導(dǎo)體基底或超導(dǎo) 體基底。為解決本發(fā)明的另一個技術(shù)問題，所釆用的另一個技術(shù)方案為鉬基氮 化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法包括用常規(guī)方法獲得基底，特別是它是按以下 步驟完成的(a)將由金屬鉬與置換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺中，其中，靶材中的金屬鉬與置換物間的面 積比為1 8: 8~1,靶材與基底間的距離為40~80mm; (b)待真空室的真 空度《8x 10—4pa、基底溫度達(dá)300 50(TC后，使真空室處于氬氮混合氣氛下， 濺射30 120min，制得鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。作為鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的置換物 為金屬鋁或金屬鈦或金屬鎢或非金屬硅或非金屬碳；所述的氬氮混合氣氛為 氬氣與氮氣間的流量比為1~4: 4~1、工作氣壓為0.5-2Pa;所述的濺射功 率為90 - 160W;所述的濺射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子泵 抽真空，待基底溫度《99'C后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫；所述的 在將基底置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光和清洗。相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，對制得的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄 膜分別使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X-射線衍射儀和X-射 線光電子能譜儀進(jìn)行表征與測試后，從得到的掃描電鏡照片、透射電鏡照片、 X-射線衍射譜圖和X-射線光電子譜圖可知，納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜致密、無孔洞和裂紋，其由粒徑為5 40mn的鉬基金屬氮化物或鉬基非金屬氮化物晶粒構(gòu) 成，膜的厚度為1 5"tn,納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜中鉬元素與置換元素間的摩爾 百分比為50~94%: 6~50%;其二，對制得的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜分別使用納米硬度計、熱重分析儀和摩擦系數(shù)測試儀進(jìn)行測試后，薄膜的硬度均大 于25GPa,抗氧化溫度均大于60(TC,摩擦系數(shù)均小于0. 30，上述三項性能的指標(biāo)均遠(yuǎn)優(yōu)于多晶氮化鉬薄膜；其三，制備方法所需的設(shè)備少、工藝簡單 易操作，成膜的溫度低，對基底不會產(chǎn)生任何不良的影響，制備過程清潔無 污染，制備的周期短、成本低、安全性好，適于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)， 一是鉬基金屬氮化物優(yōu)選鉬鋁氮化物或鉬 鈦氮化物或鉬鎢氮化物。其中，鉬鋁氮化物中鋁的加入，是利用鋁的自鈍化 性質(zhì)，在空氣中金屬元素會被緩慢氧化，形成一薄層氧化物，但是有的氧化 物非常疏松，產(chǎn)生裂紋，對進(jìn)一步的氧化起不到抑制作用，而鋁則會形成非 常致密的氧化物，它能阻止進(jìn)一步氧化，這種性質(zhì)叫做自鈍化性質(zhì)，正是利 用了鋁的自鈍化性質(zhì)在薄膜表面形成 一 薄層非晶的致密的氧化物，阻止薄膜的進(jìn)一步氧化，從而提高抗氧化溫度，增強抗氧化性，同時由于Al能置換 Mo2N中的部分Mo原子，由固容強化理論知，薄膜的硬度和強度都會得到改 善。鉬鈦氮化物或鉬鎢氮化物中鈦或鎢的加入，是通過多相復(fù)合增加晶界密 度，提高界面數(shù)，從而抑制晶粒長大，細(xì)化晶粒，增強薄膜的綜合性質(zhì)；二 是鉬基非金屬氮化物優(yōu)選鉬硅氮化物或鉬碳氮化物。其中，鉬硅氮化物中Si 的加入可以細(xì)化晶粒提高致密性，同時非晶的氮化硅彌散在晶界處，由彌散 強化理論和細(xì)晶強化理論知薄膜的性能會有很大的改善。鉬碳氮化物中C的 加入，C-C鍵中主要包括兩種鍵3 2和sp3,當(dāng)sp2鍵占主要地位的時候表現(xiàn)出 很好的石墨的潤滑特性，當(dāng)sp3鍵占主要地位的時候表現(xiàn)出金剛石的特性， 而且非晶的氮化碳也能彌散到晶界，起到彌散強化的作用，從而提高材料的硬度和降低摩擦系數(shù)；三是基底可為金屬基底或陶瓷基底或半導(dǎo)體基底或超 導(dǎo)體基底，使基底的選擇有了較大的余地和靈活性，并使本發(fā)明薄膜的適用范圍大大的擴展了；四是氬氮混合氣氛優(yōu)選為氬氣與氮氣間的流量比為i~4: 4~1、工作氣壓為0.5 2Pa,確保了薄膜的形成和膜質(zhì)的優(yōu)異；五是濺 射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子泵抽真空，待基底溫度《99 。C后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫，在不降低膜質(zhì)的情況下減小了制 備的成本。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖1是本發(fā)明制備方法中由金屬鉬與置換物構(gòu)成的復(fù)合乾的一種基本結(jié) 構(gòu)示意圖，圖中的Mo為金屬鉬，M為置換物；圖2是用日本JEOL公司的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察由鉬鋁氮 化物(M0i—XA1XN)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的SEM照片， 其中，(a)圖中的x=0. 06、 (b)圖中的x-O. 12、 (c)圖中的x=0. 25、 (d) 圖中的pO. 33。由圖可看出，薄膜表面致密、無孔洞和裂紋，晶粒尺寸為8~ 32nm;圖3是用Phillips X'Pert型X-射線衍射(XRD )儀測試圖2所示的納 米復(fù)合硬質(zhì)薄膜后得到的XRD譜圖，其中，圖中的橫坐標(biāo)為26角度、縱坐標(biāo)為衍射強度。由圖可知，薄膜為面心立方結(jié)構(gòu)；圖4是用日本JEOL公司的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察由鉬鈦氮 化物(Mo卜JixN)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的SEM照片， 其中，(a)圖中的x=0. 53、 (b)圖中的x-O. 47、 (c)圖中的x=0. 26。由圖 可看出，薄膜表面致密、無孔洞和裂紋，晶粒尺寸為15 28nrn;圖5是用Phillips X'Pert型X-射線衍射(XRD)儀測試圖4所示的納 米復(fù)合硬質(zhì)薄膜后得到的XRD譜圖，其中，圖中的橫坐標(biāo)為26角度、縱坐 標(biāo)為衍射強度。由圖可知，薄膜由面心立方結(jié)構(gòu)TiN， Mo2N構(gòu)成；圖6是用日本JEOL公司的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察由鉬鎢氮 化物(M0l—XWXN)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的SEM照片， 其中，(a)圖中的x=0.61、 (b)圖中的x=0,44、 (c)圖中的x=0. 28。由圖 可看出，薄膜表面平整，致密。晶粒尺寸為5 24nm;圖7是用Phillips X'Pert型X-射線衍射(XRD )儀測試圖6所示的納 米復(fù)合硬質(zhì)薄膜后得到的XRD譜圖，其中，圖中的橫坐標(biāo)為26角度、縱坐 標(biāo)為衍射強度。由圖可知，薄膜為面心立方結(jié)構(gòu)M02N, WN構(gòu)成；圖8是用JEM-200CX型透射電子顯微鏡(TEM)觀察由鉬硅氮化物 (MOhSiJ)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的高分辨率TEM 照片，其中的x-O. 19。由圖可看出，薄膜的表面特別致密；圖9是用Phillips X'Pert型X-射線衍射(XRD)儀測試由鉬硅氮化物 (M0l—xSixN)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜后得到的XRD譜圖，其中，橫坐標(biāo)為2 6角度，縱坐標(biāo)為衍射強度。圖中的a曲線的x=0. 04、 b曲線的p0. 19、 c 曲線的x=0. 33;圖10是用Escalabmk2型X-射線光電子能譜(XPS)儀測試由鉬硅氮化 物(M0l-xSixN)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的高分辨率XPS 譜圖，其中的x=0. 19;圖11是用日本JEOL公司的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM )觀察由鉬碳氮 化物(Mo (aU)構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的SEM照 片，其中，(a)圖中的x-l、 (b)圖中的x-0.46、 (c)圖中的x-0.7。由圖 可看出，薄膜表面致密、無孔洞和裂紋，晶粒尺寸為5 40mn;圖12是用Phillips X'Pert型X-射線衍射(XRD)儀測試圖11所示的 納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜后得到的XRD譜圖，其中，圖中的橫坐標(biāo)為26角度，縱 坐標(biāo)為衍射強度；圖13是用Escalabmk2型X-射線光電子能譜(XPS)儀測試由鉬碳氮化 物(Mo (CJh))構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面形貌后拍攝得到的高分辨率 XPS譜圖。
具體實施方式
首先用常規(guī)方法制得或從巿場購得商業(yè)化的金屬鋁、金 屬鈦、金屬鎢、非金屬硅和非金屬碳，以及金屬基底、陶瓷基底、半導(dǎo)體基 底和超導(dǎo)體基底。實施例1:按以下步驟依次完成制備a)在將基底置于磁控濺射設(shè)備 真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光和清洗。之后，將由金屬鉬與置 換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺中；其中，置換物為金屬鋁，基底為金屬基底。靶材中的金屬鉬與置換物金屬鋁間的面積比為1: 8,靶材與基底間的距離為40mm。 b)待真空室的真空 度為8xl(Tpa、基底溫度達(dá)30(TC后，使真空室處于氬氮混合氣氛下，濺射 120min;其中，氬氮混合氣氛為氬氣與氮氣間的流量比為1: 4、工作氣壓為 0.5Pa，濺射功率為90W。濺射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子 泵抽真空，待基底溫度為99X:后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫。制得 如圖2中的(a)圖和圖3中的x=0. 06曲線所示的由鉬鋁氮化物(Mo^AlxN) 構(gòu)成的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度為34GPa， 抗氧化溫度為75(TC，摩擦系數(shù)為0.25。實施例2:按以下步驟依次完成制備a)在將基底置于磁控濺射設(shè)備 真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光和清洗。之后，將由金屬鉬與置 換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺 中；其中，置換物為金屬鋁，基底為金屬基底。靶材中的金屬鉬與置換物金 屬鋁間的面積比為3: 7，靶材與基底間的距離為50mm。 b)待真空室的真空 度為7xl0、a、基底溫度達(dá)35(TC后，使真空室處于氬氮混合氣氛下，濺射 95min;其中，氬氮混合氣氛為氬氣與氮氣間的流量比為2: 3、工作氣壓為 0.9Pa，濺射功率為IIOW。濺射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子 泵抽真空，待基底溫度為95匸后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫。制得 如圖2中的(b)圖和圖3中的x=0. 12曲線所示的由鉬鋁氮化物(MOhAlxN) 構(gòu)成的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度為38GPa, 抗氧化溫度為72(TC,摩擦系數(shù)為0.23。實施例3:按以下步驟依次完成制備a)在將基底置于磁控濺射設(shè)備 真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光和清洗。之后，將由金屬鉬與置 換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺 中；其中，置換物為金屬鋁，基底為金屬基底。靶材中的金屬鉬與置換物金 屬鋁間的面積比為5: 5,靶材與基底間的距離為60mm。 b)待真空室的真空度為5x10—4pa、基底溫度達(dá)40(TC后，使真空室處于氬氮混合氣氛下，濺射 75min;其中，氬氮混合氣氛為氬氣與氮氣間的流量比為2.5: 2.5、工作氣 壓為1.3Pa，濺射功率為130W。濺射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子泵抽真空，待基底溫度為93X:后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫。 制得如圖2中的(c)圖和圖3中的x-0.25曲線所示的由鉬鋁氮化物(Mo卜XA1XN) 構(gòu)成的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度為35GPa, 抗氧化溫度為71(TC,摩擦系數(shù)為0.22。實施例4:按以下步驟依次完成制備a)在將基底置于磁控濺射設(shè)備 真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光和清洗。之后，將由金屬鉬與置 換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺 中；其中，置換物為金屬鋁，基底為金屬基底。靶材中的金屬鉬與置換物金 屬鋁間的面積比為7: 3，靶材與基底間的距離為70mm。 b)待真空室的真空 度為3x10—4pa、基底溫度達(dá)45(TC后，使真空室處于氬氮混合氣氛下，濺射 50min;其中，氬氮混合氣氛為氬氣與氣氣間的流量比為3: 2、工作氣壓為 1.8Pa，濺射功率為145W。濺射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子泵抽真空，待基底溫度為9rc后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫。制得如圖2中的(d)圖和圖3中的x=0. 33曲線所示的由鉬鋁氮化物(M0l—XA1XN) 構(gòu)成的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度為31GPa， 抗氧化溫度為73(TC,摩擦系數(shù)為0.20。實施例5:按以下步驟依次完成制備a)在將基底置于磁控濺射設(shè)備 真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光和清洗。之后，將由金屬鉬與置 換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺 中；其中，置換物為金屬鋁，基底為金屬基底。靶材中的金屬鉬與置換物金 屬鋁間的面積比為8: 1,靶材與基底間的距離為80mm。 b)待真空室的真空 度為1x10—4pa、基底溫度達(dá)50(TC后，使真空室處于氬氮混合氣氛下，濺射 30min;其中，氬氮混合氣氛為氬氣與氮氣間的流量比為4: 1、工作氣壓為 2Pa，濺射功率為160W。濺射后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子泵 抽真空，待基底溫度為9(TC后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫。制得近 似于如圖2中的(d)圖和圖3中的x=0. 33曲線所示的由鉬鋁氮化物(MonAlxN ) 構(gòu)成的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度為32GPa， 抗氧化溫度為72(TC，摩擦系數(shù)為0.21。再分別選用作為基底的陶瓷基底或半導(dǎo)體基底或超導(dǎo)體基底或金屬基底，重復(fù)上述實施例1~5:當(dāng)置換物選用金屬鈦時，同樣制得如或近似于圖4中的U)圖、(b)圖、(c)圖和圖5中相應(yīng)的XRD曲線所示的由鉬鈦氮化物(MOhTiJ)構(gòu)成的鉬 基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜；經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度分別為35GPa、 32GPa、 39GPa、 33GPa和31GPa，抗氧化溫度分別為780°C 、 730°C、 760°C、 720。C和 690°C，摩擦系數(shù)分別為0.23、 0.22、 0.25、 0. 23和0. 21。當(dāng)置換物選用金屬鎢時，同樣制得如或近似于圖6中的(a)圖、(b)圖、(c)圖和圖7中相應(yīng)的XRD曲線所示的由鉬鵠氮化物(M0l-XWXN)構(gòu)成的鉬 基氣化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜；經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度分別為30GPa、 33GPa、 28GPa、 32GPa和34GPa，抗氧化溫度分別為700°C、 705°C、 710°C、 680和 350°C,摩擦系數(shù)分別為O. 23、 0.22、 0.26、 0. 21和0. 23。當(dāng)置換物選用非金屬硅時，同樣制得如或近似于圖8、圖9中的a曲線、 b曲線、c曲線和圖10中的曲線所示的由鉬硅氮化物(Mo卜xSixN)構(gòu)成的鉬 基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜；經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度分別為30GPa、 35GPa、 31GPa、 39GPa和34GPa，抗氧化溫度分別為710°C 、 730°C、 700°C、 720。C和 760°C，摩擦系數(shù)分別為O. 20、 0.25、 0.21、 0. 24和0. 27。當(dāng)置換物選用非金屬碳時，同樣制得如或近似于圖11中的(a)圖、(b) 圖、(c)圖、圖12中的x=l曲線、x=0.46曲線、x=0.7曲線和圖13中的x=l 曲線、x=0.46曲線、x=0.7曲線所示的由鉬碳氮化物(Mo (CA—x))構(gòu)成的 鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜；經(jīng)測試，復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬度分別為35GPa、 32GPa、 28GPa、 37GPa和34GPa，抗氧化溫度分別為650°C 、 660°C、 600°C、 73(TC和71(TC,摩擦系數(shù)分別為O. 20、 0.22、 0.18、 0. 24和0. 23。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜及其 制備方法進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對 本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則 本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜，包括基底，其特征在于所說基底上覆有鉬基金屬氮化物或鉬基非金屬氮化物構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，所說納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜的晶粒尺度為5～40nm、膜的厚度為1～5μm，薄膜中鉬元素與置換元素間的摩爾百分比為50～94％∶6～50％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜，其特征是鉬基金屬 氮化物為鉬鋁氮化物或鉬鈦氮化物或鉬鎢氮化物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜，其特征是鉬基非金 屬氮化物為鉬硅氮化物或鉬碳氮化物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜，其特征是基底為金 屬基底或陶瓷基底或半導(dǎo)體基底或超導(dǎo)體基底。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，包括用 常規(guī)方法獲得基底，其特征在于是按以下步驟完成的(a) 將由金屬鉬與置換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真 空室內(nèi)的陰極上和樣品臺中，其中，靶材中的金屬鉬與置換物間的面積比為 1-8: 8~1,靶材與基底間的距離為40~ 80mm;(b) 待真空室的真空度《8x 10-4pa、基底溫度達(dá)300 50(TC后，使真 空室處于氬氮混合氣氛下，濺射30 120min，制得鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征 是置換物為金屬鋁或金屬鈦或金屬鎢或非金屬硅或非金屬碳。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征 是氬氮混合氣氛為氬氣與氮氣間的流量比為1~4: 4~1、工作氣壓為O. 5~ 2Pa。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征 是濺射功率為90~160W。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征是濺射結(jié)束后停止加熱基底，關(guān)閉氬氮混合氣，保持分子泵抽真空，待基底溫 度《99"C后停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征是在將基底置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的樣品臺中之前，先對其進(jìn)行拋光 和清洗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜及其制備方法。材料為基底上覆有鉬基金屬氮化物或鉬基非金屬氮化物構(gòu)成的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，該薄膜的晶粒尺度為5～40nm、膜的厚度為1～5μm，薄膜中鉬元素與置換元素間的摩爾百分比為50～94％∶6～50％；方法為(a)將由金屬鉬與置換物構(gòu)成的靶材和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極上和樣品臺中，靶材中的金屬鉬與置換物間的面積比為1～8∶8～1，靶材與基底間的距離為40～80mm；(b)待真空室的真空度≤8×10^-4pa、基底溫度達(dá)300～500℃后，使真空室處于氬氮混合氣氛下，濺射30～120min，制得鉬基氮化物復(fù)合硬質(zhì)薄膜。它可廣泛地用于對材料進(jìn)行防護(hù)，以十分顯著地改善材料的耐磨性和提高耐用度。
文檔編號C23C14/35GK101244644SQ20071002015
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者慶 劉, 方前鋒, 楊俊峰, 王偉國, 王先平, 王建新 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院